鈦合金無(wú)縫管材的應(yīng)用現(xiàn)狀

1、鈦合金無(wú)縫管材的廣泛應(yīng)用

鈦合金管材應(yīng)用于海上油田平臺(tái)的運(yùn)輸， 主要是為了減輕平臺(tái)重量、降低成本、增加使用壽命。寶鈦研制生產(chǎn)的直徑為準(zhǔn)90～準(zhǔn)120mm 的油氣開采用TC4S合金高性能擠壓管完 全滿 足 API5CT 中P110 鋼的性能指標(biāo)，已成功交付并使用。 鈦合金還具有突出的耐海水特性和耐氯化物腐蝕特性，使其在地?zé)峁I(yè)應(yīng)用時(shí)不僅增加了設(shè)備可靠性， 而且降低了運(yùn)營(yíng)成本。進(jìn)一步還有望在防止蓄水層枯竭、利用干熱巖產(chǎn)生蒸汽等方面得到應(yīng)用。

鈦合金作為先進(jìn)的輕量化結(jié)構(gòu)材料，具有優(yōu)異的力學(xué)性能、高的比強(qiáng)度，被廣泛用于航空航天領(lǐng)域，特別是在管路系統(tǒng)，如：引氣管路、液壓管路、燃油管路。 其中TA18 鈦合金由于有良好的室溫、高溫力學(xué)性能（700℃時(shí)抗拉強(qiáng)度≥620MPa），優(yōu)異的冷、熱加工塑性和焊接性，使其一直是航空航天用管的最佳選擇。 另外，鈦合金良好的生物相容性，使它在生物醫(yī)療和骨科植入等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用， 典型的 Paragon 支架就是利用鎳鈦超彈合金毛細(xì)管通過(guò)激光雕刻后制成的球囊擴(kuò)張型馬氏體支架。 一些商業(yè)化鈦合金管材的性能和用途如表1所示。

表1 商用鈦合金無(wú)縫管材的性能及用途

2、 制約鈦合金無(wú)縫管材廣泛應(yīng)用的因素

目前， 國(guó)際上鈦管材的制造工藝已基本成熟，但是鈦管的應(yīng)用一直受到成本方面的制約，尤其對(duì)于薄壁管、超高強(qiáng)度管、超長(zhǎng)管等特殊要求管材，鈦無(wú)縫管的生產(chǎn)難度較大、設(shè)備復(fù)雜、周期長(zhǎng)、成品率低。 因此，鈦焊管應(yīng)運(yùn)而生。 在發(fā)達(dá)國(guó)家，濱海電站和核電站中的凝汽器已用鈦焊管逐步替代鈦無(wú)縫管。 我國(guó)每年鈦焊管產(chǎn)量已經(jīng)超過(guò) 12000t。 可以預(yù)見，由于成本方面的優(yōu)勢(shì)，未來(lái)鈦焊管將部分替代鈦無(wú)縫管。

鈦管材在服役環(huán)境中并不是零腐蝕 。 H MShalaby 等人研究發(fā)現(xiàn)， 純鈦冷凝器管在服役15年后內(nèi)外表面均有嚴(yán)重腐蝕穿孔和邊緣破裂。 另外,在鈦管的裝配應(yīng)用過(guò)程中， 往往還需對(duì)管材進(jìn)行彎曲、焊接、端頭加工等處理。 由于鈦管的屈彈比高，在彎曲時(shí)回彈顯著，過(guò)度回彈導(dǎo)致難以控制管子幾何和精度。 利用有限元模擬對(duì) Ti-3Al-2.5V 管在冷彎曲工藝中的回彈現(xiàn)象進(jìn)行了分析和預(yù)測(cè)，但工藝十分復(fù)雜，成形較難控制。鈦管由于化學(xué)活性強(qiáng)、熔點(diǎn)高、導(dǎo)熱性差等物理化學(xué)特性，在焊接時(shí)容易產(chǎn)生氣孔、裂紋等缺陷，對(duì)焊接設(shè)備和保護(hù)裝置要求高。這些都是制約鈦合金無(wú)縫管材廣泛應(yīng)用的因素。

鈦無(wú)縫管有比強(qiáng)度高、耐腐蝕性強(qiáng)、耐熱性好、低溫性能好、彈性模量和導(dǎo)熱系數(shù)低、化學(xué)活性高、 生物相容性好等特點(diǎn)， 使其受到各領(lǐng)域的青睞。 但是由于生產(chǎn)鈦無(wú)縫管的設(shè)備復(fù)雜、周期長(zhǎng)、成品率低、造價(jià)高等缺點(diǎn)，讓它的應(yīng)用受到限制。另外，我國(guó)低端鈦管材產(chǎn)能過(guò)剩，但在重要化工裝置、航空航天液壓管路、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃油管、生物醫(yī)療等領(lǐng)域用高性能鈦管材的研究和生產(chǎn)方面還不足。

目前鈦無(wú)縫管材的研制不斷向高性能化、 低成本化、 功能化發(fā)展。 一方面大量應(yīng)用有限元軟件對(duì)成形過(guò)程進(jìn)行模擬以實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有設(shè)備和工藝的優(yōu)化， 提高質(zhì)量和成材率將成為趨勢(shì)。 另一方面要不斷探索創(chuàng)新鈦管材制備方法，簡(jiǎn)化工藝，降低成本，積極推廣鈦無(wú)縫管材的應(yīng)用。 這些都需要相關(guān)科研人員的共同努力。

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